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Anordnung zur Regelung von Asynchronmaschinen mit Kollektorhintermaschine.
Die Erfindung bezieht sich auf Regelsätze, bestehend aus Asynchronmaschinen mit
an ihren sekundären Teil angeschlossener, entiveder mit dieser mechanisch gekuppelter
(bei der sogenannten Krämerschen Schaltung) oder von ihr mechanisch getrennter (Scherblusschaltung)
Kollektorhintermaschinen. Bei diesen Aggregaten erfolgt in den meisten Fällen die
Regelung durch Feldänderung der Kollektorhintermaschine, und zwar gewöhnlich mittels
Stu*
fentransforniators zur Änderung der Drehzahl rnd mittels Drehtransformators
zur Einstellung der richtigen Phase.
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Ein derartiger bekannter Regelsatz ist für den Fall der mechanisch
getrennten Kollektorhintermaschine in Abb. i dargestellt. Der -Übersichtlichkeit
halber sind hier wie auch bei den übrigen Bildern die Verbindungen für nur eine
Phase angedeutet. a bedeutet die asynchrone Vordermaschine, deren Schlupfstrom über
die Schleifringe d einer Kollektorhintermaschine b niit Ständerwicklung l
und Kollekt#)rbürsten e zugeführt sind; die Kollektorhinterinaschine bildet einen
Teil des Umformers, dessen mit ihr gekuppelter zweiter Teil c z. B. an das Netz
ra angeschlossen ist. Die Feldänderung der Kollektorhintermaschine b erfolgt durch
die Regelung an einem Stufentransformator t mit Verkettungspunkt in o und einem
Drehtransformator tr.. Man sieht, daß die leiden Regelapparate i und zt sich im
Stromkreis niedriger Frequenz, der Schlupffrequenz, befinden und große Ströme zu
schalten haben. Sie sind daher unhandlich und teuer. Diese Nachteile können dadurch
vermieden «-erden, daß der Kollektorhintermaschine die Erregung mit Schlupffrequenz
der Vorderniaschine aus einer besonderen asynchronen Erregermaschine zugeführt wird.
Man kann dann die asynchrone Maschine aus einer passenden Quelle mit einer Frequenz
speisen, die tvesentlich höher ist als die Schlupffrequenz cler Vordermaschine.
Die Regelapparate können dabei an die Stelle vor dein Primärteil der a=vnchronen
Erregermaschine verlegt werden. Zweckmäßig wird die asynchrone Erregerinaschine
aus dem Netz der Hauptmaschine gespeist und von ihrer Welle angetrieben.
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In Abb. z und 3 sind derartige Einrichtungcn für den Fall der von
der Hauptmaschine getrennten Kollektorhintermaschine dargestellt. Die Teile a.,
b, c, d, c, t und ti haben dieselbe Bedeutung wie in Abb. i. Bei der Anordnung
gemäß Abb. 2 hat der Ständer der Hintern;ascliine b zwei Wicklungen: eine Koinpen-.,al
ionswicklung k, die das Ankerfeld aufhebt, und eine Felderregerwicklung l mit Verkettuiisspunkt
o. Diese letztere erhält ihren Strom vom sekundären Teil der durch die tVelle cler
Vordermaschine angetriebenen, primär an das Netz angeschlossenen Induktionsmaschine
f.
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Die Änderung der Drehzahl der Vorderniaschine a erfolgt hier durch
das Schalten am Stufentransformator t, also im Kreise konstanter großer Frequenz
und beliebig kleiner Ströme.
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Zur Konipensierung der Pliase kann man sich eines weiteren, in Reilie
mit dem T ransforinator t geschalteten oder auch finit dieserri zusammengebauten
Drehtransformators bedienen. Man kann aber die Phase auch dadurch ändern, daß man
den Ständer der Erregerinaschine j@ mechanisch verstellt und seine magnetische Achse,
z. B. durch Änderung der Ständeranschlüsse, verdreht.
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Will man eine und dieselbe Ständerwicklung der Maschine b gleichzeitig
als Kompensationswicklung und als Erregerwicklung benutzen, so kommt man zu der
Anordnung nach Abb. 3, «o jede Phase der einzigen Ständerwicklung von je zwei Schleifringen
der Erregermaschine gespeist wird. Ist bei der Erregermaschine der Läufer der primäre
und der Ständer der sekundäre Teil, so sind bei dieser auch im Falle einer einzigen
Ständerwicklung der Kollektorhinterinaschine nur drei Schleifringe nötig. Diese
Anordnungen sollen nun gemäß der Erfindung durch eine Einrichtung verbessert werden,
die es erlaubt, die Hauptmaschine in einfacher Weise durch den Synchronismus hindurchzuregeln.
Dies wird dadurch erreicht, daß ein Frequenzwandler in Reihe zu der asynchronen
Erregermaschine geschaltet wird. Zweckmäßig werden diese beiden Maschinen primär
an das Netz der Hauptmaschine angelegt und von der Welle der Hauptmaschine angetrieben.
Die asynchrone Erregermaschine übernimmt dann fast die ganze Erregung der Kollektorhintermaschine,
und der Frequenzwandler besorgt die Erregung im wesentlichen nur in der Nähe des
Synchronismus und ini Synchronismus. Eine derartige Anordnung zeigt Abb..I. Hier
wird die Felderregerwicklung L von zwei in Reihe geschalteten Erregermaschinea gespeist:
die eine, die im wesentlichen die Errebung besorgt, ist die Asynchronmaschine f,
und die andere, die nur zum Arbeiten im engen Regelungsbereich in der Nähe des Svnchr@@nisnius
dient, ist der Frequenzwandler !a. Die beiden Erregermaschinen sind von der Welle
der Vordermaschine a angetrieben. Die asynchrone Erregermaschine f ist gegebenenfalls
primär niit ihrem Läufer über die Schleifringeg mittels Regelungsapparates, z. B.
eines Stufen-bzw. Drehtransformators t, an das Netz angeschlossen. Der Frequenzwandler
steht gleichfalls primär über die Schleifringe i und einen Regelungstransformator
t, in Verbindung finit dein Netz. Die sekundären Teile der beiden Maschinen, d.
h. der Stromkreis der Kollektorbürsten des Frequenzwandlers und gegebenenfalls die
Ständerwicklung p der asynchronen Erregermaschine f, sind miteinander in Reihe geschaltet
und speisen die Erregerwicklung l der Kollektorhinterinascliine.
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Die Regelunis kann nun zweckmäßig in der Weise erfolgen, daß in breiteren
Regelbereichen unter und über dem Synchronismus die l_'rregung im wesentlichen von
der Maschine f
geliefert wird, für das enge Bereich aber, das den
Synchronismus umgibt, der Frequenzwandler h die Erregung ganz oder teilweise beeinflußt;
in der Nähe des Synchronismus dienen also zur Regelung die Regelungsapparate des
Frequenzwandlers, im übrigen Bereich die der asynchronen Erregermaschine.
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Man kann auch die beiden Erregermaschiiicn, statt von zwei getrennten
Transformatoren, von -verschiedenen Anzapfungen eines und desselben Transformators
speisen. Man kann ferner, um eine falsche Handhabung zu verhüten, die beiden Regelungsvorrichtungen
zwangläufig miteinander kuppeln oder gegenseitig passend verriegeln.
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Man sieht, daß der Frequenzwandler h, der nur für die Erregung in
der Nähe des Synchronismus in Betracht kommt, nur für kleine Spannungen, also ganz
klein bemessen werden kann, seine Regelungsapparate fallen auch klein aus, und die
Kommutierung verläuft günstig. Andererseits wird im wesentlichen die Erregung durch
eine kommutatorlose, daher verhältnismäßig billige und betriebssichere Maschine
f besorgt.
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Um die Regelungsapparate und die Schleifringen des Frequenzwandlers
noch mehr zu entlasten und seine Kommutierung weiter zu `-erbessern, ist es zweckmäßig,
seinen sonst unbewickelten Ständer, wie es aus anderen Anordnungen bekannt ist,
finit einer das Ankerfeld der Arbeitsströme aufhebenden, im Kreise dieser Ströme
liegenden Kompensationswicklung zu versehen. Dann werden dem Frequenzwandler vom
Netz über die Schleifringe nur die kleinen, ausschließlich zur Erregung dienenden
Maginetisierungsströme zugeführt.
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Es kann auch bei der Anordnung nach Abb. d. zweckmäßig sein, bei der
Kollektorhintermaschine b die beiden Ständerwicklungen zu vereinigen, d. h. die
Erregung in die Kompensationswicklung einzuführen. Die Schaltung der Wicklungen
p, k und la kann dann am besten in der Weise erfolgen, wie (lies für den Fall der
dreiphasigen Anordnung iii Abb. 5a dargestellt ist, in der die Kollektorbürsten
des Frequerrzwandlers 1T mit n-s bezeichnet sind. Man wird dann immer bei der Maschine
f mit nur drei Schleifringen auskommen können.
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Besitzt dagegen die Hintermaschine eine getrennte Feldwicklung 1,
so muß man für den Fall, daß der Läufer der asynchronen Erregermaschine als sekundärer
Teil benutzt wird, die Anzahl seiner Schleifringe (Abb. 5b) oder aber die Anzahl
der Kollektor-bäirstensätze -in beim Frequenzwandler in" yrzz, m, (Abb. 5c)
verdoppeln.
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Alle die beschriebenen Anordnungen lassen sich in gleicher Weise auch
für den Fall verwenden, daß die Kollektorhintermaschine mit der asynchronen Vordermaschine
mechanisch gekuppelt ist.